Роль полівінілового спирту в кріозахисних середовищах: оцінка ефективності та обмежень при заморожуванні еритроцитів
DOI:
https://doi.org/10.15407/cryo35.01.014Ключові слова:
еритроцити людини, полівініловий спирт, проникаючі кріопротектори, температура склуванняАнотація
У роботі обґрунтовано доцільність і визначені особливості використання полівінілового спирту у складі багатокомпонентних середовищ на основі проникаючих кріопротекторів під час швидкого охолодження еритроцитів людини. Рекомендовано використовувати полівініловий спирт тільки у складі багатокомпонентних середовищ на основі проникаючих кріопротекторів, які мають низьку температуру склування Tg = –100 …–150 °С (гліцерин, 1,2-пропандіол). Проведено порівняльну оцінку кріозахисної дії комбінованих середовищ, які містять полівініловий спирт різних молекулярних мас у поєднанні з 20% гліцерином або 1,2-пропандіолом, при заморожуванні еритроцитів людини. На основі результату збереженості еритроцитів встановлено, що найбільш оптимальну кріозахисну дію з усіх досліджених комбінованих середовищ має розчин, який містить 20%-й гліцерин та 0,5%-й полівініловий спирт з молекулярною масою 9 кДа.
Probl Cryobiol Cryomed 2025; 35(1):14–22
Посилання
Alotaibi NAS, Slater NKS, Rahmoune H. Salidroside as a novel protective agent to improve red blood cell cryopreservation. PLoS One [Internet]. 2016 Sep 15 [cited 16.01.2024]; 11(9): e0162748. Available from: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0162748 CrossRef
Bailey TL, Hernandez-Fernaud JR, Gibson MI. Proline pre-conditioning of cell monolayers increases post-thaw recovery and viability by distinct mechanisms to other osmolytes Trisha. RSC Med Chem. 2021; 12(6):982-93. CrossRef
Boutron P, Arnaud F. Comparison of the cryoprotection of red blood cells by 1,2-propanediol and glycerol. Cryobiology. 1984; 21(3): 348−58. CrossRef
Cahn RW, Haasen P. Physical Metallurgy. Amsterdam: North-Holland Physics Publishing; 1996. 2740 p. CrossRef
Capicciotti CJ, Kurach JDR, Turner TR, et al. Small Molecule Ice recrystallization inhibitors enable freezing of human red blood cells with reduced glycerol concentrations. Sci Rep [Internet]. 2015 Apr 8 [cited 16.08.2024]; 5:9692. Available from: https://www.nature.com/articles/srep09692 CrossRef
Nair B. Final report on the safety assessment of polyvinyl alcohol. Int J Toxicol. 1998; 17(5): 67−92. CrossRef
Congdon T, Notman R, Gibson MI. Antifreeze (glyco)protein mimetic behavior of poly(vinyl alcohol): detailed structure ice recrystallization inhibition activity study. Biomacromolecules. 2013; 14(5): 1578-86. CrossRef
Dalyan O, Öztürk ÖF, Pişkin M. Toxicity of polyvinyl alcohols in medicinal chemistre. MJEN. 2021; 9(2): 129−35. CrossRef
Deller RC, Vatish M, Mitchell DA. Glycerol-free cryopreservation of red blood cells enabled by ice-recrystallization inhibiting polymers. ACS Biomater Sci Eng. 2015; 1(9): 789-94. CrossRef
DeMerlis CC, Schoneker DR. Review of the oral toxicity of polyvinyl alcohol (PVA). Food Chem Tox. 2003; 41(3): 319-26. CrossRef
Dou M, Lu C, Sun Z, et al. Natural cryoprotectants combinations of l-proline and trehalose for red blood cells cryopreservation. Cryobiology. 2019; 91: 23-9. CrossRef
Drori R, Li C, Hu C. A supramolecular ice growth inhibitor. J Am Chem Soc. 2016; 138(40): 13396-401. CrossRef
Eickhoff L, Keßler M, Stubbs C, et al. Ice nucleation in aqueous solutions of short- and long-chain poly(vinyl alcohol) studied with a droplet microfluidics setup. J Chem Phys [Internet]. 2023 Apr 21 [cited 09.07.2023]; 158(15): 154504. Available from: https://pubs.aip.org/aip/jcp/article-abstract/158/15/154504/2882248/Ice-nucleation-in-aqueoussolutions-of-short-and? CrossRef
European Directorate for the Quality of Medicines & HealthCare. Guide to the preparation, use and quality assurance of blood components. 21st ed. European Directorate for the Quality of Medicines & HealthCare; 2023 [cited 12.08.2024]. Available from: https://www.avis.it/wp-content/uploads/2023/06/Blood_Guide_21st_edistion.pdf
Gibson MI. Slowing the growth of ice with synthetic macromolecules: beyond antifreeze(glyco) proteins. Polym Chem [Internet]. 2010 May 26 [cited 01.04.2022]; 8(1): 1141-52. Available from: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2010/py/c0py00089b CrossRef
Gordiyenko EA, Pushkar NS. [Physical principles of low-temperature preservation of cell suspensions]. Kyiv: Naukova dumka; 1994. 143 p. Russian.
Gordiyenko OI, Linnik TP, Gordiyenko EO. Erythrocyte membrane permeability for a series of diols. Bioelectrochemistry. 2004; 62(2): 115-8. CrossRef
Hu Y, Liu X, Ekpo MD, et al. Dimethylglycine сan enhance the cryopreservation of red blood cells by reducing ice formation and oxidative damage. Int J Mol Sci [Internet]. 2023 Apr 3 [cited 15.08.2023]; 24(7): 6696. Available from: https://www.mdpi.com/1422-0067/24/7/6696 CrossRef
Inada T, Lu SS. Inhibition of recrystallization of ice grains by adsorption of poly(vinyl alcohol) onto ice surfaces. Crystal Growth & Design. 2003; 3(5): 747-52. CrossRef
Inada T, Lu SS. Thermal hysteresis caused by non-equilibrium antifreeze activity of poly(vinyl alcohol). Chem Phys Lett. 2004; 394(4-6): 361-5. CrossRef
Liu X, Hu Y, Pan Y. Exploring the application and mechanism of sodium hyaluronate in cryopreservation of red blood cells. Mater Today Bio [Internet]. 2021 Nov 10 [cited 08.12.2022]; 12: 100156. Available from: https://europepmc.org/article/med/34825160 CrossRef
Liu X, Hu Y, Zhang W, et al. Tricine as a novel cryoprotectant with osmotic regulation, ice recrystallizatiion inhibition and antioxidant properties for cryopreservation of red blood cells. Int J Mol Sci [Internet]. 2022 Jul 30 [cited 08.06.2024]; 23(15): 8462. Available from: https://www.mdpi.com/1422-0067/23/15/8462 CrossRef
Marton HL, Styles KM, Kilbride P, et al. Polymer-mediated cryopreservation of bacteriophages. Biomacromolecules. 2021; 22(12): 5281-9. CrossRef
Meryman HT, Hornblower M. A method for freezing and washing red blood cells using a high glycerol concentration. Transfusion. 1972; 12(3): 145-56. CrossRef
Mitchell DE, Fayter AER, Deller RC, et al. Ice-recrystallization inhibiting polymers protect proteins against freezestress and enable glycerol-free cryostorage. Mater Horiz. 2019; 6(2): 364-8. CrossRef
Ogawa S, Koga M, Osanai S. Anomalous ice nucleation behavior in aqueous polyvinyl alcohol solutions. Chem Phys Lett. 2009; 480(1-3): 86-9. CrossRef
Osetsky AI, Kirilyk AL, Gurina TM. On possible mechanism of damage in frozen-thawed biological objects due to pressure plastic relaxation in closed liqiud phase inclusions. Problems of Cryobiology. 2007; 17(3): 272-81. Full Text
Osetsky AI, Kirilyuk AL, Gurina TM. Study of devitrification kinetics of cryoprotectant aqueous solytions using thermoplastic deformation method. Problems of Cryobiology. 2005; 15(2): 137-46. Full Text
Osetsky AI, Kirilyuk AL, Gurina TM, Vysekantsev IP. Application of plastic strain method to determine threshold concentrations for cryoprotective substances during Saccharomyces cerevisiae yeast cell cryopreservation. Problems of Cryobiology. 2007; 17(1): 71-9. Full Text
Pakhomov OV, Sidorenko OS. The impact of cryopreservation with polyvinyl alcohol on the survival and functional activity of rat testis interstitial cells. Biopolym Cell. 2021; 37(1): 14-22. CrossRef
Rowe AW; Eyster E; Kellner A. Liquid nitrogen preservation of red blood cells for transfusion. Cryobiology. 1968; 5(2): 119-28. CrossRef
Talha NAH, Jeon Y, Yu IJ. Cryopreservation of dog spermatozoa using essential and non-essential amino acids solutions in an egg yolk-free polyvinyl alcohol extender. Cryo Letters. 2021; 42(1): 44-52. PubMed
Tessier SN, Haque O, Pendexter CA, Cronin SEJ, et al. The role of antifreeze glycoprotein (AFGP) and polyvinyl alcohol/polyglycerol (X/Z-1000) as ice modulators during partial freezing of rat livers. Front Phys [Internet]. 2022 Dec 22 [cited 12.08.2024]; 10: 1033613. Available from: https://www.frontiersin.org/journals/physics/articles/10.3389/fphy.2022.1033613/full CrossRef
Valeri CR, Ragno G, Pivacek LE, et al. An experiment with glycerol-frozen red blood cells stored at -80°C for up to 37 years. Vox Sang. 2000; 79(3): 168-74. CrossRef
Vispute DM, Solanki PK, Rain Y. Large surface deformation due to thermomechanical effects during cryopreservation by vitrification - mathematical model and experimental validation. PLoS One [Internet]. 2023 Mar 9 [cited 08.12.2024]; 18(3): e0282613. Available from: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0282613 CrossRef
Vorotilin AM, Guchok MM, Guchok VM, et al. [Comparative evaluation of erythrocyte cryopreservation under the protection of 1,2-propanediols (alpha-propylene glycol) and glycerin]. Probl Gematol Pereliv Krovi. 1982; (10):15-9. Russian.
Voritilin AM, Guchok VM, Kaleko SP, Petrenko GI. A new preparation propane diosaccharole as an effective cryopreservative for erythrocytes. In: Current progress in cryobiology. II International Conference Abstracts, April 21-25, 1992, Kharkiv, Ukraine. Kharkiv: 1992. P. 200.
Yang, J, Pan C, Zhang J, et al. Exploring the potential of biocompatible osmoprotectants as highly efficient cryoprotectants. ACS Appl Mater Interfaces. 2017; 9(49): 42516−24. CrossRef
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
